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1、应对化学生物袭击的微生物传感技术及其应用研究【摘要】：近几十年来，环境污染物的种类、数量显著增加，由于毒性物质排放所造成的污染对人类构成严重威胁，因此迫切需要进行毒性鉴定，从而为环境和生态系统的安全提供早期的预警。现行的毒性测试方法包括浮游生物(Dmagna)、藻类、鱼类试验，试验周期长、操作复杂。其中发光菌因其独特的生理特性、与现代光电检测手段相匹配的特点，更由于其相比于其他生物的快速、经济、节省空间且可靠等优点而备受关注，由此发展了利用发光菌进行毒性检测的方法。然而，传统的微生物环境监测方法通常采用离线分析方法，其缺点是分析速度慢、操作复杂且需要昂贵的仪器，不适宜进行现场快速监测和连续在线
2、分析，因此，建立和发展连续、在线、快速的现场监测体系尤其重要。本论文研究了发光细菌及大肠杆菌电化学传感技术，将其用于应对化学生物袭击毒物毒性的评估，相对于传统的检测方法，具有检测速度快，灵敏度高的优点；同时也能用于对纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估，根据细菌发光强度或电流响应下降的相对值建立了一种新的纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估方法，可对纳米氧化物在 UVA、UVB 、UVC 区的紫外屏蔽性能分别进行评估。本论文分为两大部分：第一部分应对化学生物袭击的微生物传感技术及其应用研究 1绪论本章分为化学生物袭击物的毒性测试方法概述，微生物传感技术在污染物生物毒性分析中的应用，微生物传感器的固定化技术三个
3、部分。简要综述了生物毒性测试方法的发展，在此基础上着重综述了发光细菌毒性测试法的产生和原理以及发光细菌检测法的应用；综述了微生物传感器研究进展及在污染物生物毒性分析中的应用；对微生物传感器的固定化技术以及溶胶凝胶生物传感器也进行了综述。2利用发光细菌和大肠杆菌电化学传感技术对毒鼠强和氰化物的毒性分析采用一种发光细菌-青海弧菌，利用其自身发光的特性，当毒物袭击细菌后发光强度会相应降低，将其用于对氰化物和毒鼠强等的毒性检测。同时制备了一种纳米 PbO_2AgO 修饰电极，利用大肠杆菌在一定电位下在电极表面产生电流响应，该电流大小与待测样品的毒性有关，据此进行毒性检测。上述方法结合 GC-MS 及离
4、子色谱法对毒物进行定性和定量测定。结果表明，该方法相对于传统的毒物测试方法具有反应迅速，灵敏，所需试样量少等特点。同时，该方法还可推广应用到对其他有毒化学物质的毒物分析。3发光菌传感器的研制及其在农药毒性评估中的应用以青海弧菌作为指示生物，利用其自身发光的特性，当毒性物质袭击细菌后发光强度会相应降低，将其作为传感器的敏感元件，利用溶胶凝胶技术将青海弧菌固定化成膜，与高灵敏度的硅光片组合，构筑细菌发光传感器，并以几种有机磷和有机氯农药为毒性对象进行测定，急性毒性实验以传感器与受试物作用后发光强度被抑制 50所需的受试物浓度即 EC50 表示，实现了对有毒物质急性毒性的快速检测。本方法具有检测速度
5、快，灵敏度高，重现性好等特点，并能进行在线检测，在污染物急性毒性检测中有良好的应用前景。4核壳型 CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子的制备及其在发光细菌传感器毒性评估中的应用利用反相微乳液法，以巯基乙酸(HSCH_2COOH)修饰的水溶性 CdTe 量子点为核，包裹 SiO_2，制备得到 CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子。利用溶胶凝胶技术将青海弧菌及 CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子固定化成膜，与高灵敏度的硅光片组合，构筑细菌发光传感器，发现掺杂了CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器与未掺杂CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器相比，信号响应值得到了提高
6、，这可能是由于细菌的生物发光二次激发了荧光纳米复合粒子的荧光，从而使响应信号得到了较大的提高。实验结果表明掺杂了 CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器与未掺杂 CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器相比，对毒性物质的检测灵敏度得到了较大的提高，方法具有很好的应用前景。5ATP 生物发光法在微生物检测中的应用 ATP 广泛存在于各种活的生物体中，活的细菌菌体中，因此通过测定样品中的 ATP 浓度可换算成活体菌数，并与传统的平板计数法进行比较。采用 ATP 生物发光法，并探讨了实验的最佳条件。与标准方法比较，本方法简单、快速。第二部分微生物传感技术在纳米氧化物紫外屏蔽
7、性能评估中的应用 6发光细菌在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用采用一种发光细菌-青海弧菌，利用其在紫外光照射条件下由于细胞的活性受到损伤而发光强度降低，将其应用于纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估；讨论了不同材料以及不同浓度的纳米氧化物对紫外光照下细菌发光强度的影响，并根据细菌发光强度下降的相对值建立了一种新的纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估方法，四种纳米氧化物的紫外屏蔽性能依次为 Fluka-TiO_2P25-TiO_2CFA-TiO_2ZnO。7大肠细菌电化学传感技术在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用采用电沉积法制备了一种纳米 PbO_2AgO 修饰电极，大肠杆菌在一定电位下在该电极表面存在电流
8、响应，氧化电流大小与大肠杆菌的浓度在一定范围内呈良好的线性关系。因此该电极可作为微生物传感器用于大肠杆菌菌数的测定，其反应的机理可能是由于在较高电位下，PbO_2AgO 修饰电极表面产生的强氧化性羟基自由基氧化了大肠杆菌细胞壁中的活性物质，并产生了氧化电流。将该电极用于测定紫外光照条件下大肠杆菌在有无纳米氧化物紫外屏蔽剂时存活率的变化，为纳米氧化物的紫外屏蔽性能评估和纳米氧化物紫外屏蔽剂的筛选提供了一种新的电化学手段。 【关键词】：发光细菌大肠杆菌传感器毒性【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2007【分类号】：TP212.3【目录】：摘要 10-13 英文摘要
9、13-17 第一章: 绪论 17-451.1 化学生物袭击物的毒性测试方法概述 17-221.1.1 化学生物毒性测试方法的重要性及其发展 17-191.1.2 发光细菌毒性检测法的产生和原理 19-201.1.3 发光菌检测法的应用 20-221.2 微生物传感技术在污染物生物毒性分析中的应用 22-311.2.1 生物传感器的基本结构和发展 23-261.2.2 微生物传感器研究进展 26-271.2.3 微生物传感器在污染物生物毒性分析中的应用 27-311.3 微生物传感器的固定化技术 31-361.3.1 生物传感器中生物分子的固定化技术 311.3.2 溶胶凝胶生物传感器 31-3
10、61.4 本论文的工作及意义 36-38 参考文献 38-45 第一部分:应对化学生物袭击的微生物传感技术的研究 45-88 第二章: 利用发光细菌和大肠杆菌传感技术对毒鼠强和氰化物的毒性分析 45-572.1前言 45-462.2 利用发光细菌对氰化物和毒鼠强的毒性分析 46-492.2.1 仪器及试剂 462.2.2 实验操作 46-472.2.3 结果与讨论 47-492.3利用大肠杆菌电化学传感技术对氰化物和毒鼠强的分析 49-522.3.1仪器及试剂 492.3.2 实验操作 49-502.3.3 结果与讨论 50-522.4 对氰化物和毒鼠强的定性定量测定 52-552.4.1 仪
11、器与试剂 522.4.2 离子色谱-安培检测法对氰化物的定性和定量测定 52-532.4.3GC-MS 对毒鼠强的定性分析 532.4.4 结果与讨论 53-552.5 结论 55 参考文献 55-57 第三章:发光细菌传感器的研制及其在毒性检测中的研究和应用 57-673.1 前言 57-583.2 实验部分 58-603.2.1 仪器与试剂 583.2.2 工作原理 583.2.3 实验操作 58-603.3 结果与讨论 60-663.3.1 测量条件的选择60-623.3.2 对农药急性毒性的测定 62-643.3.3 重现性 643.3.4 与Microtox 方法比较 64-663.
12、4 结论 66 参考文献 66-67 第四章: 核壳型CdTeSiO_2 荧光纳米复合粒子的制备及其在发光细菌传感器评估农药毒性中的应用 67-804.1 前言 67-684.2 实验部分 68-714.2.1 仪器与试剂 68-694.2.2 实验操作 69-714.3 结果与讨论 71-784.3.1CdTe 以及 CdTeSiO_2 纳米粒子的结构及性能表征 71-734.3.2 测量条件的选择 73-754.3.3 对农药急性毒性的测定 75-774.3.4 重现性 774.3.5 与Microtox 方法比较 77-784.4 结论 78-79 参考文献 79-80 第五章:利用AT
13、P 生物发光法对微生物数量的测定 80-885.1 前言 80-815.2 实验部分 81-825.2.1 仪器与试剂 815.2.2 实验操作 81-825.3 结果与讨论 82-875.3.1ATP 生物发光法检测微生物的原理 825.3.2 最佳实验条件的选择 82-855.3.3ATP 测定工作曲线 855.3.4 微生物 ATP 淬取方法的比较85-865.3.5 生物发光法对微生物的测定结果 865.3.6 生物发光法对丽娃河中的微生物数量测定 86-875.4 结论 87 参考文献 87-88 第二部分: 微生物传感技术在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用 88-106 第六章:
14、发光细菌在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用 88-976.1 前言88-896.2 实验部分 89-906.2.1 仪器和试剂 896.2.2 实验操作 89-906.3结果与讨论 90-956.3.1 发光细菌的发光光谱 90-916.3.2 细菌在不同区域的紫外幅射下发光强度的变化 916.3.3 紫外屏蔽剂对不同区域的紫外辐射下细菌发光强度的影响 91-956.4 结论 95 参考文献 95-97 第七章:大肠杆菌电化学传感技术在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用 97-1067.1 前言 97-987.2 实验部分 98-997.2.1 试剂及修饰电极的制备 987.2.2 大肠杆菌的培养和微生物传感器计数 987.2.3 紫外屏蔽实验 98-997.3 结果与讨论 99-1047.3.1 纳米 PbO_2 修饰电极的表征997.3.2 电极反应的机理研究 99-1007.3.3 修饰液中 AgNO_3 浓度的选择 100-1017.3.4 最佳电位的选择 1017.3.5 大肠杆菌的电化学计数法 101-1027.3.6 纳米氧化物作为紫外屏蔽剂时紫外光照射下大肠杆菌的存活率测定 102-1047.4 结论 104 参考文献 104-106 附件: 博士期间科研成果 106-107 致谢 107 本论文购买请联系页眉网站。
